O problema de minimização de trocas de ferramentas - Moreira, Andreza Cristina Beezão (2016)
Especialmente nas últimas quatro décadas, muitos estudos se voltaram às variáveis determinantes para a implementação efetiva de sistemas flexíveis de manufatura, tais como seu design, sequenciamento e controle. Neste ínterim, o manejo apropriado do conjunto de ferramentas necessárias para a fabricação de um respectivo lote de produtos foi destacado como fator crucial no desempenho do sistema de produção como um todo. Neste trabalho, abordamos a otimização do número de inserções e remoções de ferramentas no magazine de uma ou mais máquinas numericamente controladas, admitindo-se que uma parcela significativa do tempo de produção é dispensada com estas trocas de ferramentas. De forma mais precisa, a minimização do número de trocas de ferramentas consiste em determinar a ordem de processamento de um conjunto de tarefas, bem como o carregamento ótimo do(s) compartimento(s) de ferramentas da(s) máquina(s), a fim de que o número de trocas seja minimizado. Como demostrado na literatura, mesmo o caso restrito à existência de apenas uma máquina de manufatura (MTSP, do inglês Minimization of Tool Switches Problem) é um problema NP-difícil, o que pode justificar o fato observado de que a maioria dos métodos de solução existentes o abordam de maneira heurística. Consequentemente, concluímos que a extensão ao contexto de múltiplas máquinas é também um problema NP-difícil, intrinsecamente complicado de se resolver. Nosso objetivo consiste em estudar formas eficientes de otimizar o número de trocas de ferramentas em ambientes equipados com máquinas flexíveis de manufatura. Para tanto, abordamos o problema básico, MTSP, e duas de suas variantes, em níveis crescentes de abrangência, que consideram o sequenciamento de tarefas em um conjunto de: (i) máquinas paralelas e idênticas (IPMTC, do inglês Identical Parallel Machines problem with Tooling Constraints); e (ii) máquinas paralelas e idênticas inseridas em um ambiente do tipo job shop (JSSPTC, do inglês Job Shop Scheduling Problem with Tooling Constraints). Classificamos as principais contribuições desta tese com respeito a três aspectos. Primeiramente, empurramos as fronteiras da literatura do MTSP propondo formulações matemáticas para os problemas IPMTC e JSSPTC. Desenvolvemos, também, algoritmos baseados em diferentes técnicas de resolução, como redução de domínio, Path relinking, Adaptive large neighborhood search e a elaboração de regras de despacho. Por último, com o intuito de bem avaliar a eficiência e o alcance de nossos métodos, propomos três novos conjuntos de instâncias teste. Acreditamos, assim, que este trabalho contribui positivamente com pesquisas futuras em um cenário abrangente dentro da minimização das trocas de ferramentas em um sistema flexível de manufatura.